1 研究背景

改革开放以来, 我国经济取得了世界瞩目的成就, 但资源消耗量却大大高于世界平均水平。据统计, 我国电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织 8 个行业主要产品单位能耗比******高 40%, 我国消耗每吨能源实现的GDP 仅为世界平均水平的 30%。

为此, 国家在“十一五”规划纲要中明确提出“必须加快转变经济增长方式。要把节约资源作为基本国策, 发展循环经济, ?；ど肪?加快建设资源节约型、环境友好型社会, 促进经济发展与人口、资源、环境相协调。推进国民经济和社会信息化, 切实走新型工业化道路, 坚持节约发展、清洁发展、安全发展, 实现可持续发展?！?交通部也提出“加快建设**型交通行业,走资源节约型、环境友好型交通行业发展之路”,要求贯彻落实科学发展观, 适应新形势、新要求,着力增强**能力, 促进交通行业更好更快发展。港口是为国民经济和社会发展提供公益服务的基础性产业, 经济的快速增长为我国港口发展带来了难得的机遇。随着港口机械化、自动化程度不断提高, 港口基本装备和货物吞吐量及衍生产业迅猛增长, 能源消耗也年年攀高。

上港集团是我国*大的港口集团之一, 截至2007 年 底 上 港 集 团 拥 有 万 吨 级 以 上 码 头 泊 位80 个, 其中集装箱泊位 35 个, 完成货物吞吐量3.53亿 t, 占上海港总吞吐量的 63%, 完成集装箱吞吐量 2 615 万 TEU, 名列世界**。同时, 上港集团也面临着巨大的能耗压力。为此, 上港集团积极响应国家“建设节约型企业” 的倡议, 组织开展了一系列节能降耗技术的研究工作, 并加以推广应用, 以促进企业持续又好又快发展, 提高上海港作为国际枢纽大港的核心竞争力。

2 上海港能耗结构

上海港拥有上港集团公用码头和企业专用码头两部分, 以公用码头为主体。2007 年上港集团能源消耗总量 384 857 t 标准煤, 同比增长 3.84%, 主要呈现以下特点[1]:

1) 按业务板块分, 能耗从大到小依次为物流板块、集装箱板块、散杂货板块、服务板块, 分别为43%, 33%, 11%和 9%, 其他板块仅占 4% ( 图 1) 。

2) 按消耗能源类别分, 以柴油和电力为主,2007 年柴油消耗 140 561 t, 电消耗 24 709 kWh,同比增长 6.6%和 6.7%。

3) 从耗能主体看, 主要为集装箱桥吊、件杂门机以及场地照明等电耗和集装箱轮胎吊、集卡等油耗, 其中集装箱轮胎吊的柴油消耗约占集团、柴油总量的 1/4。

3 上海港节能降耗技术研究

基于对能耗结构分析, 重点围绕以下方面展开对节能降耗技术的攻关研究。

3.1 RTG 油改电[1]

集装箱轮胎吊 ( 简称 RTG) 依赖其自身配置的柴油发电机组提供电源进行工作。随着国际原油市场的动荡及燃油价格的不断上扬, 轮胎吊的运行成本不断攀升, 给各码头公司带来沉重的负担。同时, 轮胎吊排放废气黑烟和柴油机的巨大噪音也与环保要求有一定差距。RTG 油改电原理是在保留原有柴油发电机组的情况下增加一套市电供电装置, 当 RTG 在堆场起吊货物时采用市电供电方式, 当 RTG 转场时, 采用原有柴油机供电方式。根据港区堆场的特点, 实践中试验了两种改造方法:

1) 磁滞连轴器电缆卷筒方案。在 RTG 一侧增加电缆卷盘, 电缆缠绕在电缆卷盘上, 电缆的一端与 RTG 的整机供电回路连接, 另一端沿着设于所述电缆卷盘下方的龙门架鞍梁处的电缆导向装置后进入地面的电缆槽, 并沿着电缆槽引伸连接至电缆槽端部的一市电接线箱; RTG 行走时,电缆卷盘根据 RTG 与市电接线箱的距离收放电缆( 图 2) 。

改造内容分堆场和 RTG 两部分: 即在港区堆场上增加变压器、电缆沟、导缆体、电缆固定体、电缆夹和供电箱等组件; 在 RTG 本机上增加电缆卷筒及平台、变频器控制箱、导缆架及固定支架、电源切换箱等。

2) 高架滑触线方案。本方案采用大跨距高架铁塔架空滑线, 吊车集电器采用支撑辫子和滑导受电的形式, 由自立铁塔 ( 端塔和中塔) 、承重索、悬挂固定架及滑触线组成一个整体结构体系。铁塔*上端为避雷索, 中间为承重索, *下端为滑触线, 滑触线上每 10 m 安装 1 个吊线器, 以保证滑触线基本水平; 在滑触线端部设配重横担,防止滑触线在室外温度随季节变化而导致的热胀冷缩作用下发生下垂度的变化; 同时设有防摇横担, 以便在大风情况下尽量减少滑触线的摆动幅度 ( 图 3) 。供电设施布置在中间位置, 供电电压为 460 V/AC。

3.2 混合动力 RTG[2]

混合动力 RTG 就是将常规 RTG 起重机下放物体释放的能量收集起来, 转化为电力, 采用超级电容进行存储, 然后在需要时重新提供给起重机,以降低现有柴油机发电机机组容量。这种 RTG 不仅节能环保, 而且可以保持常规 RTG 操作灵活的优势。其技术核心是在原有柴油发动机的基础上,让轮胎吊加装 1 台智能电气控制装置, 时刻“监视”轮胎吊的工作情况。

混合动力 RTG 改造主要是动力系统的改造,由小功率柴油发电机组、超级电容和 DC/DC 控制器组成, 超级电容和 DC/DC 控制器为关键设备。

这些设备由先进的 PLC 可编程序控制器控制, 配有超速保护和超负荷?；ぷ爸么蟪祷古浔钢挥惺侄榔δ艿鹊母骼喟踩；ぷ爸? 以确保起重机安全、可靠的使用 ( 图 4) 。目前在冠东公司推广使用 30 台。

3.3 门机变频改造[3]

目前, 上港集团还有近 50 台常规门机仍在使用。对常规门机进行变频改造, 是上港集团节能降耗又一技术措施, 其基本节能原理如下。

1) 常规控制常用绕线电机, 绕线电机转子回路串电阻将一部分电能转换成热能; 变频控制采用变频鼠笼电机, 不存在转子串电阻耗能问题。

2) 常规控制为获得低速常用能耗制动、涡流制动、单相制动、反接制动、自激动力制动; 采用变频控制后低速运行基本不消耗上述几种制动过程所需的无用有功电能。

3) 常规控制系统平均功率因数小, 在 0.6～0.8之间; 而变频器控制系统功率因数大于 0.85。功率因数的提高可减少无功损耗, 在不加电容补偿柜的情况下, 提高了供配电系统带负载的能力。

4) 带能量回馈的整流逆变控制系统不用制动单元和制动电阻, 减少了器件数量, 提高了可靠性, 节省了空间, 还能将位能负载下降时的能量和停车时的能量回馈到电网。但其成本高, 投资回报周期长。

5) 旋转机构采用变频控制后可以回避有些司机常习惯打反车这一**操作, 减少了因打反车时为克服这一运动惯性而造成起动电流过大所导致的电能的额外消耗。

6) 对于电压不稳的供配电系统, 常规控制在电压较低时, 起动电流大, 起动时间长, 线路压降大; 在电压较高时, 空载和轻载运行电流大,因此常规控制的有功损耗大。使用变频控制时由于变频器的 IGBT 工作在开关状态, 变频器本身对电压的波动适应范围宽, 正常工作受影响较小,有功和无功损耗大大减少。

7) 变频电机不存在转子外接线问题, 变频器本身?；すδ芮? 一旦检测到所控电机回路有对地漏电、匝间短路、三相输出不平衡时, 变频器立即?；ね；? 并且报故障原因, 这不仅消除了安全隐患, 而且不会造成不必要的电能损耗。

3.4 高杆节能灯[4]

目前, 国内集装箱码头作业箱区普遍采用高杆灯集中照明方式, 电力负荷特性决定其照明设备长期处在电压偏高的状态下运行, 电能消耗大,并且减损电器器件的使用寿命。

高杆节能灯原理为: 安装节能装置对照明供电系统电压进行优化处理, 通过电压采样系统进行智能分析, 动态调整电压、滤波、补偿, 三管齐下,在不影响照明设备正常使用和照明效果的前提下,自动选择输出一个*优的照明功率, 减少由于电压过高和电网中的高次谐波所产生的热能, 达到既节约电能又延长用电设备使用寿命的双重功效。

4 节能降耗技术应用及效果

结合港区生产对研究开发的节能降耗新技术进行了试验和推广, 经实践检验, 效果明显。

4.1 RTG 油改电[1]

RTG 油改电高架滑触线方案和磁滞连轴器电缆卷筒方案节能效果相近。在外二期和外四期分别试验比较显示: 采用高架滑触线供电方案, 可供多台 RTG 同时使用, 设备的运营和维护成本较低, 铁塔和钢索寿命都在 20 年以上; 人员操作几乎没有变化, 基本不需要额外的培训和管理成本;而且改造施工基本不影响堆场日常作业。为此,确定对外高桥港区 RTG 分步实施高架滑触线供电改造。目前, 外二期 1 条作业线已改造完成并投入使用, 另有 10 条作业线正在实施之中, 其中外二期 5 条、外四期 4 条、外五期 1 条, 每条作业线可供 8 台轮胎吊使用。根据改造后实际运行记录, 对应用效果进行了测算比较, 见表 1。

上海盛东集装箱码头有限公司 ( 洋山一期)对#160RTG 进行了混合动力改造并于 2006 年 11月20 日投入运行, 目前运行正常。与普通轮胎吊比较, 耗油情况如表 2 示?？梢钥闯? 混合动力轮胎吊与其他轮胎吊相比, 节能率在 36%以上。

4.3 门机变频改造[3]

上港集团门机变频改造首先是在**路码头试验取得经验后推广至龙吴等港区。2007 年以来,集团投资 920 万元, 对 14 台门机的电控系统进行改造, 优化设计变频控制系统, 采用变频技术实现调速的无级和无触点控制, 使门机平稳启动、制动, 从而减轻了各个机构在机械起、制动时对门机机械部分造成的冲击, 延长了门机机械部分的寿命, 使门机的单耗下降 20%左右。

2008 年, 对集团下属公司具备条件的 18 台门机安排改造, 这样集团**完成门机变频改造任务。

4.4 高杆节能灯

2006 年, 振动分公司对港区堆场高杆灯节能装置进行实际效果测试, 测试数据表明: 使用节能装置后, 功率因素接近“1”, 电网损耗下降,提高了电网利用率; 同时, 输入每个灯的电压控制在 200 V×( 1±2%) , 工作电流明显减少, 发光达到规定照度, 节能明显。

在 24 座高杆灯推广应用后, 我们对节能装置抽样 3 台进行连续 3 天以上数据采集和综合节能率分析, 证明可以达到 20%以上节能率的预期目标。目前, 集团计划在外四、外五、洋山等有条件的集装箱港区推广使用。

5 结语

节能降耗是港口持续发展的有效手段, 是港口文明与进步的重要标志, 是提高港口国际竞争力的重要保障。上港集团经过几年来在节能降耗技术方面的研究、试验和积累, 取得了一些效果和成绩, 目前正将这些技术在港区**推广。我们将通过项目的应用继续展开完善、优化的工作,不断结合实际寻找突破点, 虚心向兄弟港学习,借鉴好经验、好方法, 真正把节能降耗工作做细做实, 以创造更大的经济效益和社会效益。